Выпрямление однофазного и трёхфазного тока

Рассмотрим мостовую схему двухполупериодного выпрямления однофазного тока, получившую наибольшее применение (рис. 1.3).

Схема работает следующим образом:

Рис. 1.3. Мостовая схема для выпрямления однофазного переменного тока

В момент, когда на выходном зажиме а вторичной обмотки трансформатора Тр действует положительный потенциал, а на зажиме б — отрицательный, т. е. действует положительная полуволна переменного тока (рис. 1.3а), ток проходит через вентиль В₁,

нагрузку R_н и вентиль В₄.

Когда положительным потенциалом об­ладает зажим б (рис. 1.36), ток проходит через вентиль В₂, на­грузку R_н и вентиль В₃.

В обоих случаях ток через нагрузку R_н(I_о) проходит в одном и том же направлении, т. е. через на­грузку проходит ток постоянного направления.

На нагрузке R_н установится определенная полярность постоянного тока.

Если в выпрямительном мосте, образованном в данном случае четырьмя вентилями, все вентили повернуть на 180°, то у потребителя (на нагрузке R_н ) полярность также изменится на обратную: там, где был «плюс», станет «минус», и наоборот.

Для рассмотренной схемы выпрямления однофазного тока существуют такие приблизительные соотношения между токами и напряжениями:

U₂=1,11 U₀ и I₂=1,11 I₀, (1.1)

где U₂ — действующее значение переменного напряжения на выходе вторичной обмотки Тр;

U₀ — среднее значение выпрямленного напряжения;

I₂ — действующее значение переменного тока во вторичной обмотке Тр;

Iо — среднее значение выпрямленного тока.

Расчетную мощность трансформатора (Р _Тр) находят из ра­венства

P_Тр=1,23Р_о, (1.2)

где P_о=U₀I₀ — мощность, получаемая от выпрямительного устройства.

Когда ток проходит через вентили B₁ и В₄ (рис. 1.3а), то вентили В₂ и В₃ находятся под обратным напряжением, величина которого практически почти равна полному напряжению (U₂) на выходе вторичной обмотки трансформатора, так как падение напряжения в работающих вентилях незначительно.

При прохождении тока через вентили В₂ и В₃ (рис. 1.3б) под обратным напряжением находятся вентили В₁ и В₄.

Между величиной обратного напряжения (U_обр) и величиной выпрямленного напряжения (U₀) для рассматриваемой схемы выпрямления существует такое соотношение:

U_o6p=1,57U₀. (1.3)

Это очень важная величина, так как вентили надо выбирать так, чтобы они обеспечили возможность получения выпрямленного тока I₀ и чтобы при этом они выдерживали (не пробиваясь) обратное напряжение U_обр, определяемое из равенства (1.3).

Известно, что чисто постоянный ток отличается от переменного тока по двум признакам:

ü во-первых, постоянный ток все время те­чет в одном направлении;

ü во-вторых, в каждое данное мгновение постоянный ток не меняет своей величины, если нагрузка остается постоянной.

Выпрямленный ток сходен с постоянным током в том, что он тоже все время течет в одном направлении.

Однако выпрямленный ток отличается от постоянного тем, что его мгновенная величина все время меняется даже при постоянной нагрузке.

Так как при выпрямлении обе полуволны синусоидального пере­менного тока проходят в одном направлении, то полученный в ре­зультате выпрямления постоянный ток обладает пульсацией.

Формы выпрямленного напряжения и тока представлены на рис. 1.4.

Из этого рисунка следует, что среднее значение выпрямленного напряжения U0 меньше максимального значения UМ, а среднее значение выпрямленного тока I0 меньше максимальной его величины Iм.

Величины и_в и i_в на рис. 1.4 — мгновенные значения выпрямленных напряжений и тока.

Рис. 1.4. Форма кривых выпрямленных напряже­ния и тока при двухполупериодном выпрямлении однофазного тока

Так как в схеме выпрямителя всегда имеется индуктивность, то кривая выпрямленного напряжения несколько отличается по.виду от кривой, приведенной на рис. 1.4, и примерно сходна с кривой, показанной на рис. 1.5.

В соответствии с этим пульсирующее вы­прямленное напряжение можно рассматривать как сумму двух напряжений:

чисто постоянного (U₀) и наложенного на него переменного напряжения (e₁).

Исследования показали, что это переманное напряжение не чисто синусоидальное, так как содержит несколько синусоидальных напряжений (гармоник) разной частоты:

¶ основное — первая гармоника частотой 100 Гц;

¶ вторая гармоника — частотой 200 Гц;

¶ третья гармоника — 300 Гц и т. д.

Амплитуд­ное значение гармоник зависит от величины выпрямленного напряжения и составляет для первой гармоники 0,667 U₀, для второй — 0,133 U₀, для третьей — 0,057 U₀, для четвертой — 0,032 U₀ и т. д.

Первая гармоника имеет самую низкую частоту, но зато самую большую величину амплитуды. Чем выше порядковый номер гармоники, тем выше ее частота, а амплитуда меньше, например, тридцатая гармо­ника для рассмотренной схемы выпрямления обладает частотой 3000 Гц, а амплитуда ее составляет всего 0,0006 U₀.

Пульсация вы­прямленного тока во многих случаях вредно отражается на работе аппаратуры связи и поэтому обычно принимаются меры для ее снижения.